KR19990066928A - 밀폐압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 등에 이용되는 밀폐압축기에 관한 것으로, 특히 정음화 구조의 개량에 관한 것으로서, 밀폐용기 내에 수용된 실린더, 상기 실린더 내에 동축적으로 배치된 회전축, 상기 회전축을 회전 구동하는 회전구동기구, 상기 실린더의 단면측에 배치되어, 회전축을 축지지함과 동시에 실린더 내에 압축실을 형성하는 베어링, 회전축의 회전에 따라 압축실 내에서 피압축가스를 압축하는 압축기구, 주베어링에 설치되어 압축실 내에서 압축된 상기 피압축가스를 압축실 밖으로 토출하는 토출구멍(52) 및 상기 토출구멍을 개폐하는 토출밸브(50)를 구비하고, 토출밸브(50)는 상기 토출구멍(52)의 압축실 외측에 설치된 밸브자리(53)와, 상기 밸브자리(53)에 면접촉하는 밸브체(54)를 구비하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

밀폐압축기

본 발명은 공기조화기 등에 이용되는 밀폐압축기에 관한 것으로, 특히 정음화(靜 音化)구조의 개량에 관한 것이다.

공기조화기나 냉장고 등을 구성하는 냉동사이클 장치에 이용되는 밀폐압축기는 밀폐용기 속에 압축기구가 수용되고, 이 압축기구 내에 설치된 압축실에서 머플러를 통해서 압축기구 외부로 토출된다.

압축실에서 머플러로 토출되는 부위에는 도 9에 도시한 것과 같은 토출밸브(1)가 설치되어 있다. 토출밸브(1)는 냉매가스가 통류(通流)하는 구멍부(2)와, 상기 구멍부(2)의 도 9 중 상단에 형성된 고리형상의 밸부자리(3)와, 상기 밸브자리(3)에 대향 배치되어 소정의 누르는 힘에 의해 밸브자리(3)에 눌려진 밸브체(4)를 구비하고 있다.

밀폐압축기에서는 압축기구의 압축실 내부에서 냉매가스(G)의 압축이 실시된다. 압축실 내부에서 냉매가스가 소정압까지 고압화하면, 토출밸브(1)의 밸브체(4)가 열리고 머플러 속으로 토출된다.

상기와 같은 종래의 밀폐압축기에 있어서는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉 밸브자리(3)의 밸브체(4)에 접촉하는 부위(3a)는 단면 반원형상을 하고 있고, 밸브자리(3)와 밸브체(4)와는 선접촉이 된다. 이 때문에 회전수가 높아지면, 밸브자리(3)와 밸브체(4)와의 충돌에 의한 충격에 의해 밸브체(4)가 손상할 우려가 있었다.

그래서 본 발명은 회전수가 상승하여도 밸브체의 파손을 방지할 수 있는 밀폐압축기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관한 2실린더식 로터리 압축기의 주요부를 나타내는 종단면도,

도 2는 동일 2실린더식 로터리 압축기에 조합된 주베어링 및 회전축을 나타내는 사시도,

도 3은 동일 2실린더식 로터리 압축기에 조합된 토출밸브를 나타내는 도면,

도 4는 동일 2실린더식 로터리 압축기에 조합된 밸브자리 평면부 면적과 밸브자리 내부직경부 면적의 비, 운전주파수 및 밸브파괴영역의 관계를 나타내는 그래프,

도 5는 동일 토출밸브에 있어서 밸브자리 평면부 면적과 밸브자리 내부직경면적의 비와 밸브개방 시간과의 관계를 나타내는 그래프,

도 6은 동일 2실린더식 로터리 압축기에 조합된 압축실 내의 냉매의 체적과 압력과의 관계를 나타내는 그래프,

도 7은 동일 토출밸브에 있어서 밸브자리 평면부 면적과 밸브자리 내부직경부 면적의 비, 차압 및 소음저감량의 관계를 나타내는 그래프,

도 8은 동일 2실린더식 로터리 압축기에 있어서 주파수와 소음 파워레벨과의 관계를 나타내는 그래프, 및

도 9는 종래의 밀폐압축기에 조합된 토출밸브의 주요부를 나타내는 종단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 2실린더식 로터리 압축기 20: 밀폐용기

30:전동기부 40:압축기구부

50: 토출밸브 53: 밸브자리

53a: 밸브자리 평면부 53b: 밸브자리 내부직경부

54: 밸브체

상기 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해서 청구항 1에 기재된 발명은 피압축 가스를 압축하는 밀폐압축기에 있어서, 밀폐용기, 상기 밀폐용기 내에 수용된 실린더, 상기 실린더 내에 동축(同軸)적으로 배치된 회전축, 상기 회전축을 회전 구동하는 회전구동기구, 상기 실린더의 단면측에 배치되어, 상기 회전축을 축지지함과 동시에 상기 실린더 내에 압축실을 형성하는 베어링, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 압축실 내에서 상기 피압축가스를 압축하는 압축기구, 상기 베어링에 설치되어 상기 압축실 내에서 압축된 상기 피압축가스를 상기 압축실 밖으로 토출하는 토출구멍, 및 상기 토출구멍을 개폐하는 토출밸브를 구비하고, 상기 토출밸브는 상기 토출구멍의 상기 압축실 외측에 설치된 밸브자리와, 상기 밸브자리에 면접촉하는 밸브체를 구비하도록 하였다.

청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 밸브자리는 상기 밸브체와 면접촉하는 고리형상의 밸브자리 평면부와 상기 피압축 유체가 통류하는 밸브자리 내부직경부가 형성되어 있도록 하였다.

청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 밸브자리 평면부와 상기 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.1이상으로 하였다.

청구항 4에 기재된 발명은 청구항 1에 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 밸브자리 평면부와 상기 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.5이하로 하였다.

상기 수단을 강구한 결과 다음과 같은 작용이 생긴다. 즉 청구항 1에 기재된 발명에서는, 토출밸브는 토출구멍의 압축실 외측에 설치된 밸브자리와, 상기 밸브자리에 면접촉하는 밸브체를 구비하도록 하였기 때문에, 회전수가 상승하여도 밸브체에 큰 파괴력이 걸리지 않게 되어 밸브체의 파손을 방지할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에서는 밸브자리는 밸브체와 면접촉하는 고리형상의 밸브자리 평면부와 피압축 유체가 통류하는 밸브자리 내부직경부가 형성되어 있도록 하였기 때문에 간단한 구조로 밸브체와 밸브자리의 면접촉을 실현할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에서는 밸브자리 평면부와 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.1이상으로 하였기 때문에 면접촉의 범위를 넓게 취할 수 있어 효과적으로 밸브체의 파손을 방지할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에서는 밸브자리 평면부와 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.5이하로 하였기 때문에 밸브체에 걸리는 배압을 저감할 수 있어 토출밸브의 개방 지연을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관한 2실린더식 로터리 압축기(10)의 종단면도, 도 2는 2실린더식 로터리 압축기(밀폐압축기)(10)에 조합된 주베어링(43)을 나타내는 사시도, 도 3은 2실린더식 로터리 압축기(10)에 조합된 토출밸브(50)을 나타내는 도면이다.

2실린더식 로터리 압축기(10)는 밀폐용기(20)와 상기 밀폐용기(20) 내에 수용된 전동기부(30)(회전구동기구)와 압축기구(40)와, 압축기구(40)를 밀폐용기(20) 내에서 지지하는 프레임(60)을 구비하고 있다.

전동기부(30)는 밀폐용기(20) 내벽부에 설치된 스테이터부(31)와 상기 스테이터부(31)의 중공부에 회전이 자유롭게 배치된 로터부(32)와 상기 로터부(32)의 중심부에 고정된 회전축(33)을 구비하고 있다. 또한 회전축(33)의 일단측은 후술하는 상하 실린더(41, 42)내까지 연설된 편심부(33a, 33b)가 형성되어 있다.

압축기구(40)는 원통형상의 상(上)실린더(41) 및 하(下)실린더(42)와 상실린더(41)의 상단면에 설치되어 상실린더(41) 내에 후술하는 압축실(45)를 형성함과 동시에 회전축(33)을 축지지하는 주베어링(43)과, 하실린더(42)의 하단면에 설치되어 하실린더(42) 내에 후술하는 압축실(46)을 형성함과 동시에 회전축(33)을 축지지하는 부베어링(44)과, 상실린더(41) 내에 형성된 압축실(45)과 하실린더(42) 내에 형성된 압축실(46)과, 이들 압축실(45, 46) 내에 편심 회전이 자유롭게 배치됨과 동시에 회전축(33)의 편심부(33a, 33b)에 각각 걸어 맞춤한 로터((47a, 47b)와 상실린더(41)의 하단면과 하실린더(42)의 상단면과의 사이를 간막이 하는 간막이판(48)을 구비하고 있다.

상하실린더(41, 42)에는 각각 압축실(45, 46) 내에 냉매가스(G)를 도입하는 흡기포트(41a, 42a)(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

주베어링(43)의 도 1 중 상측에는 제 1 머플러실(49a) 및 제 2 머플러실(49b)이 설치되어 있다. 또 압축실(45)과 제 1 머플러실(49a)과의 사이에는 토출밸브(50)가 설치되어 있다. 한편, 부베어링(44)의 도 1 중 하측에는 제 3 머플러실(49c)이 설치되어 있다. 또, 압축실(46)과 제 3 머플러실(49b)과의 사이에는 토출밸브(50)가 설치되어 있다.

토출밸브(50)는 본체(51)와 상기 본체(51)에 설치된 구멍부(52)와 구멍부(52)의 머플러실측에 설치된 밸브자리(53)와, 상기 밸브자리(53)에 대향 배치된 밸브체(54)와 상기 밸브체(54)를 밸브자리(53)측에 소정의 압력으로 누르는 스토퍼(55)를 구비하고 있다.

밸브자리(53)는 구멍부(52a)의 도 2 중 상단측에 설치된 밸브자리 평면부(53a)와 상기 밸브자리 평면부(53a)의 내측에 위치하는 밸브자리 내부직경부(53b)를 구비하고 있다. 또한 밸브자리 평면부(53a)의 면적(이하, 「면적B」라 칭함)과 밸브자리 내부직경부(53b)의 면적(이하, 「면적A」로 칭함)과의 비는 다음과 같이 최적한 값으로 정해져 있다.

밸브체(54)에 접촉하는 밸브자리(53)의 밸브자리 평면부(53a)의 면적이 클수록, 밸브자리(53)와 밸브체(54)와는 면접촉하게 되어 밸브체(54)가 파괴되기 어려워진다. 도 4에 도시한 바와 같이 밸브체(54)가 파괴되는 영역은 (면적B/면적A)가 작을수록 작아지고 있다. 특히 (면적B/면적A)가 0.1이하이면, 밸브파괴영역이 되는 주파수가 급격하게 낮아진다. 이 때문에 (면적B/면적A)이 0.1이상인 것이 바람직하다.

한편, 밸브자리(53)의 밸브자리 평면부(53a)가 커지면, 배압이 걸리는 면적이 커지고, 밸브체(54)가 열리기 어려워진다. 또, (면적B/면적A)가 커지면, 구멍부(52)가 좁아져, 냉매의 유속이 빨라진다. 이 때문에 밸브체(54)를 밀어올리는 힘이 작아져 밸브가 열리는 시간(t)가 늦어진다. 이 때문에 소정의 냉각능력이 발휘할 수 없게 되는 경우가 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 밸브가 열리는 시간(t)은 (면적B/면적A)이 0.5이하에 있어서는 (면적B/면적A)에 비례하여 작아진다. 또 (면적B/면적A)가 0.5이상이면 일정하게 된다. 이 때문에 (면적B/면적A)가 0.5이하인 것이 바람직하다.

이러한 2실린더식 로터리 압축기(10)에서는 다음과 같이 하여 냉매가스(G)의 압축이 실시된다. 즉 전동기부(30)를 작동시키면, 회전축(33)이 회전하여, 로터(47a, 47b)가 압축실(45) 내를 편심 회전한다. 이에 따라서 냉매가스(G)가 흡기포트(41c, 42c)(도시하지 않음)를 통해서 압축실(45, 46)내로 도입된다. 압축실(45, 46)내에서는 로터(47a, 47b)의 작용에 의해 내부의 냉매가스(G)는 압축되어 고압화한다. 소정압까지 고압화한 냉매가스(G)는 각각의 토출밸브(50)로부터 제 1 머풀러실(49a) 및 제 3 머플러실(49c) 내로 토출되고, 제 2 머플러실(49b) 내에서 합류하고 나서 밀폐용기(20) 내로 배출된다.

도 6은 압축실(45) 내의 냉매가스(G)의 체적과 압력과의 관계를 나타내는 그래프이다. 즉, 압축실(45) 내에서의 냉매가스(G)의 압축이 진행됨에 따라서 압축실(45) 내의 냉매의 압력은 흡입압에서 토출압이 되기까지 압력이 상승한다. 그 후 토출밸브(50)가 열리고 압축실(45)내의 냉매가스(G)는 제 1 머플러실(49) 내로 방출되지만, 토출밸브(50)가 열리는 때의 압축실(45)내의 압력은 토출밸브(50)의 저항력 등에 의해 토출압보다도 높아진 상태에서 제 1 머플러실(49a) 내로 냉매가스(G)가 토출된다.

그 직후, 압축실(45) 내 압력과 제 1 머플러실(49a) 내와의 압력차에 의해 냉매가스(G)가 팽창하고, 압력변동성분이 되어 압축기 운전시의 소음이 된다. 따라서 압축기 운전시의 소음을 저감하기 위해서는 토출밸브(50)가 열리는 때의 압축실(45) 내 압력과 제 1 머플러실(49a) 내의 토출압과의 압력차(차압)를 줄이는 것이 유효하게 된다. 여기에서 압력실(45) 내와 제 1 머플러실(49a) 내와의 차압(Pp)은 다음과 같이 된다. 즉,

Pp=(Fv+Pd·면적B)/면적A

단, Fv는 토출밸브(50)의 밸브체(54)가 밸브자리(53)를 누르는 힘이다.

따라서, 차압(Pp)을 경감하기 위해서는 (면적B)/(면적A)를 작게 하면 좋은 것을 알 수 있다. 여기에서 (면적B)/(면적A), 차압(Pp) 및 소음저감량의 관계를 도 7에 나타낸다. 이에 의해 예를 들면 (면적B)/(면적A)를 0.5로 한 경우보다도 (면적B)/(면적A)를 0.4로 한 경우, 소음이 1dB저감하는 것을 알 수 있다.

또한 도 8 중 실선 α로 나타내는 것은 (면적B)/(면적A)이 0.53인 때, 파선β로 나타내는 것은 (면적B)/(면적A)이 0.22인 때이고, 확실히 소음이 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

이렇게 밸브자리 평면부(53a)의 면적(면적(B))과 밸브자리 내부직경부(53b)의 면적(면적A)과의 비(면적B/면적A)는 밸브파손과 밸브가 열리는 시간을 고려한 결과, 0.1≤(면적B/면적A)≤0.5의 범위가 바람직하고, 또한 소음을 고려한 경우, 가능하면 극히 0.1에 가까운 쪽이 소음이 저하하는 것을 알 수 있다.

또한 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 실시형태에서는 2실린더식 로터리 압축기에 이용하였지만, 단일 실린더식 로터리 압축기에 적용하여도 좋다. 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형 실시 가능한 것은 물론이다.

상기 수단을 강구한 결과, 다음과 같은 작용이 생긴다. 즉 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 토출밸브는 토출구멍의 압축실 외측에 설치된 밸브자리와, 상기 밸브자리에 면접촉하는 밸브체를 구비하도록 하였기 때문에 회전수가 상승하여도 밸브에 큰 파괴력이 걸리지 않게 되어 밸브체의 파손을 방지할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 밸브자리는 밸브체와 면접촉하는 고리형상의 밸브자리 평면부와 피압축 유체가 통류하는 밸브자리 내부직경부가 형성되어 있도록 하였기 때문에 간단한 구조로 밸브체와 밸브자리의 면접촉을 실현할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면 밸브자리 평면부와 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.1이상으로 하였기 때문에 면접촉의 범위를 넓게 취할 수 있어, 효과적으로 밸브체의 파손을 방지할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 밸브자리 평면부와 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.5이하로 하였기 때문에 밸브체에 걸리는 배압을 저감할 수 있어, 토출밸브의 개방 지연을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 피압축 가스를 압축하는 밀폐압축기에 있어서,

   밀폐용기;

   상기 밀폐용기 내에 수용된 실린더;

   상기 실린더 내에 동축적으로 배치된 회전축;

   상기 회전축을 회전 구동하는 회전구동기구;

   상기 실린더의 단면측에 배치되어, 상기 회전축을 축지지함과 동시에 상기 실린더 내에 압축실을 형성하는 베어링;

   상기 회전축의 회전에 따라 상기 압축실 내에서 상기 피압축가스를 압축하는 압축기구;

   상기 베어링에 설치되어 상기 압축실 내에서 압축된 상기 피압축가스를 상기 압축실 밖으로 토출하는 토출구멍; 및

   상기 토출구멍을 개폐하는 토출밸브를 구비하고,

   상기 토출밸브는 상기 토출구멍의 상기 압축실 외측에 설치된 밸브자리와,

   상기 밸브자리에 면접촉하는 밸브체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브자리는 상기 밸브체와 면접촉하는 고리형상의 밸브자리 평면부와 상기 피압축 유체가 통류하는 밸브자리 내부직경부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐압축기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 밸브자리 평면부와 상기 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.1이상인 것을 특징으로 하는 밀폐압축기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 밸브자리 평면부와 상기 밸브자리 내부직경부와의 면적비는 0.5이하인 것을 특징으로 하는 밀폐압축기.